光纤光缆与通信电缆的技能解析

　　1.1网络的发展对光纤提出新的要求
　　
　　下一代网络(NGN)引发了许多的观点和争论。有的专家预言，不管下一代网络如何发展，一定将要达到三个世界，即服务层面上的IP世界、传送层面上的光的世界和接入层面上的无线世界。下一代传送网要求更高的速率、更大的容量，这非光纤网莫属，但高速骨干传输的发展也对光纤提出了新的要求。
　　
　　(1)扩大单一波长的传输容量
　　
　　目前，单一波长的传输容量已达到40Gbit/s，并已开始执行160Gbit/s的研究。40Gbit/s以上传输对光纤的PMD将提出一定的要求，2002年的ITU-TSG15会议上，美国已提出对40Gbit/s系统引入一个新的光纤类别(G.655.C)的提议，并建议对其PMD传输中的一些疑问执行深入探讨，也许不久的将来就会出现一种专门的40Gbit/s光纤类型。
　　
　　(2)实现超长距离传输
　　
　　无中继传输是骨干传输网的理想，目前有的公司已能够采用色散齐理技能，实现2000～5000km的无电中继传输。有的公司正进一步改善光纤指标，采用拉曼光放大技能，可以更大地延长光传输的距离。
　　
　　(3)适应DWDM技能的运用
　　
　　目前32×2.5Gbit/sDWDM系统已经运用，64×2.5Gbit/s及32×10Gbit/s系统已在开发并取得很好的进展。DWDM系统的大量运用，对光纤的非线性指标提出了更高的要求。ITU-T对光纤的非线性属性及测试要领的标准(G.650.2)最近也已完成，当光纤的非线性测试指标明确之后，对光纤的有效面积将会提出相应指标，特别是对G.655光纤的非线性特征会有进一步改善的要求。
　　
　　1.2光纤标准的细分促进了光纤的准确运用
　　
　　2000年世界电信标准大会批准将原G.652光纤重新分为G.652.A、G.652.8和G.652.C3类光纤;将G.655光纤重新分为G.655.A和G.655.B两类光纤。这种光纤标准的细分促进了光纤的准确运用，细化标准的同时也提高了一些光纤的指标要求(如有些光纤几何参数的容差变小)，明确了对不同的网络层次和不同的传输系统中运用的光纤的不同指标要求(如PMD值的规定)，并提出了一些新的指标概念(如“色散纵向均匀性”等)，对合理运用光纤取得了很好的作用。所有这些建议的修改、子建议的出现及新子建议的起草，都意味着光纤分类及指标、测试要领有某些改良，或有主要的提升;都标志着要求光纤质量的提高或运用方向上的调整，是值得留心的光纤技能新动向。
　　
　　1.3新型光纤在不断出现
　　
　　为了适应市场的须要，光纤的技能指标在不断改良，各种新型光纤在不断涌现，同时各大公司正加紧开发新品种。
　　
　　(1)用于长途通信的新型大容量长距离光纤
　　
　　主要是一些大有效面积、低色散维护的新型G.655光纤，其PMD值极低，可以使现有传输系统的容量方便地升级至10～40Gbit/s，并便于在光纤上采用分布式拉曼效应放大，使光信号的传输距离大大延长。
　　
　　如康宁公司推出的PureModePM系列新型光纤运用了偏振传输和复合包层，用于10Gbit/s以上的DWDM系统中，据称很适合于拉曼放大器的开发与运用。Alcatelcable推出的TeralightUltra光纤，据介绍已有传输100km长度以上单信道40Gbit/s、总容量10.2Tbit/s的记录。还有一些公司开发负色散大有效面积的光纤，提高了非线性指标的要求，并简化了色散补偿的方案，在长距离无再生的传输中表现出很好的性能，在海底光缆的长距离通信中效果也很好。
　　
　　(2)用于城域网通信的新型低水峰光纤
　　
　　城域网设计中须要考虑简化设备和降低成本，还须要考虑非波分复用技能(CWDM)运用的可能性。低水峰光纤在1360～1460nm的延伸波段使带宽被大大扩展，使CWDM系统被极大地优化，增大了传输信道、增长了传输距离。一些城域网的设计可能不仅要求光纤的水峰低，还要求光纤具有负色散值，一方面可以抵消光源光器件的正色散，另一方面可以组合运用这种负色散光纤与G.652光纤或G.655标准光纤，运用它来做色散补偿，从而防止复杂的色散补偿设计，节约成本。如果将来在城域网光纤中采用拉曼放大技能，这种网络也将具有明显的优势。但是毕竟城域网的规范还不是很成熟，所以城域网光纤的规格将会随着城域网模式的变化而不断变化。
　　
　　(3)用于局域网的新型多模光纤
　　
　　由于局域网和用户驻地网的高速发展，大量的综合布线系统也采用了多模光纤来代替数字电缆，因此多模光纤的市场份额会逐渐加大。之所以选用多模光纤，是因为局域网传输距离较短，虽然多模光纤比单模光纤价格贵50%～100%，但是它所配套的光器件可选用发光二极管，价格则比激光管便宜很多，而且多模光纤有较大的芯径与数值孔径，容易连接与耦合，相应的连接器、耦合器等元器件价格也低得多。ITU-T至今未接受62.5/125μm型多模光纤标准，但由于局域网发展的须要，它仍然得到了广泛运用。而ITU-T推选的G.651光纤，即50/125μm的标准型多模光纤，其芯径较小、耦合与连接相应困难一些，虽然在部分欧洲国家和日本有一些运用，但在北美及欧洲大多数国家很少采用。针对这些疑问，目前有的公司已执行了改良，研制出新型的5O/125μm光纤渐变型(G1)光纤，区别于传统的50/125μm光纤纤芯的梯度折射率分布，它将带宽的正态分布执行了调整，以配合850nm和1300nm两个窗口的运用，这种改良可能会为50/125pm光纤在局域网运用找到新的市场。
　　
　　(4)前途未卜的空芯光纤
　　
　　据报道，美国一些公司及大学研究所正在开发一种新的空芯光纤，即光是在光纤的空气够传输。从理论上讲，这种光纤没有纤芯，减小了衰耗，增长了通信距离，防止了色散导致的干扰现象，可以支持更多的波段，并且它允许较强的光功率注入，估计其通信能力可达到目前光纤的100倍。欧洲和日本的一些业界人士也十分关注这一技能的发展，越来越多的研究证明空芯光纤似有可能。如果真能实用，就能处理现有光纤系统长距离传输的疑问，并大大降低光通信的成本。但是，这种光纤运用起来还会遇到许多棘手的疑问，比如光纤的稳定性、侧压性能及弯曲损耗的增大等。因此，对于这种光纤的现场运用还需做进一步的探讨。
2、光缆技能的发展特点　　

　　2.1、光网络的发展使得光缆的新结构不断涌现
　　
　　光缆的结构总是随着光网络的发展、运用环境的要求而发展的。
　　
　　新一代的全光网络要求光缆提供更宽的带宽、容纳更多的波长、传送更高的速率、便于安装维护、运用寿命更长等。近年来，光缆结构的发展可归纳为以下一些特点。
　　
　　1)光缆结构根据运用的网络环境有了明确的光纤类型的选择，如干线网光纤、城域网光纤、接入网光纤、局域网光纤等，这决定了大范围内光缆光纤传输特征的要求，具体运用的条件还有可依据的细分的标准及指标;
　　
　　2)光缆结构除考虑光缆运用环境条件以外，越来越多的与其施工要领、维护要领有关，必须统一考虑，配套设计;
　　
　　3)光缆新材料的出现，促进了光缆结构的改良，如干式阻水料、纳米材料、阻燃材料等的采用，使光缆性能有明显改良。
　　
　　不同的场合和不同的要求造成了光缆的多结构的发展趋势，新的光缆结构以及在现有结构上不断改良的各种结构也在不断涌现，出现了如下一些类型。
　　
　　·“干缆芯”式光缆：所谓“干缆芯”即区别于常用的填充管型的光缆缆芯。这种缆的阻水功能主要靠阻水带、阻水纱和涂层组合来完成，其防水性能、渗水性能都与传统的光缆相同，但它具有生产、运输、施工和维护上的一些优点。首先是方便，因为阻水材料不含粘性脂类，操作运用比较方便安全;其次，干式光缆重量轻、易接续、易搬运，设备投资小、成本低，生产运用中也显得干净卫生，在长期运用中还可减少缆芯中各种元件之间的相对移动。特别是在接入网室内缆和用户缆中，优点更加明显。
　　
　　·生态光缆：一些公司从环境保卫及阻燃性能的要求出发，开发了生态光缆，运用于室内、楼房及家庭。现有光缆中运用的一些材料已不符合环保的要求，如PVC燃烧时会放出有毒性气体，光缆稳定剂中有时含铅，都是对人体及环境有害的。2001年ITU-T已通过了一项L45建议——“使电信网外部设备对环境的影响最小化”建议，通过对光缆、电缆光器件及电杆等基于寿命周期怦估(LifeCycleAnalysis，LCA)的要领来确定产品对环境的影响。由于环境因素正日益受到重视，对通信外部设备，特别是光缆产品规定这样的指标已提到日程上来，如果不在材料和工艺上下功夫就难以达到环保的要求。因此已有不少公司针对此类疑问开发了一些新材料，如对室内用缆，开发了含有阻燃添加剂的聚酞胺化合物，以及无卤性阻燃塑料等。
　　
　　·海底光缆：海底光缆近年来有根快的发展，它要求长距离、低衰减的传输，而且要适应海底的环境，对抗水压、抗气损、抗拉伸、抗冲击的要求都特别严格。
　　
　　·浅水光缆(MarinizedTerrestrailCable，MTC)：浅水光缆是区别于海底光缆而提出来的另一类结构的水下光缆，适合于在海岸边上、浅水中安装，无需中继、通信距离比较短的水下(如岛屿间、沿海岸边上的城市)敷设运用。这种光缆区别于海底光缆的环境，须要的光纤数不多(中等)，但要求结构基本、成本较低，易于安装和运输，便于修正和维护。ITU-T在2001年提出了ITU-TG.972定义下的浅水光缆建议，为建设类似的水下光缆提供了一组规范，随后也有可能形成相应的国际标准。
　　
　　·微型光缆：为了配合气压安装(或水压安装)施工系统的运用，各种微型的光缆结构已在设计和运用中。
　　
　　对于气压安装的微型光缆，要求光缆与管道之间有一定的系数，光缆重量要准确，具有一定的硬度等。这种微型光缆和自动安装的方式是未来接入网，特别是用户驻地网络中综合布线系统很有潜力的一种方式，如在智能建筑中运用的智能管道中就非常适合这种安装。
　　
　　·采用了纳米材料的光缆：近来，一些厂商已开发出纳米光纤涂料、纳米光纤油膏、纳米护套用聚乙烯(PE)及光纤护套管用纳米PBT等材料。采用纳米材料的光缆，运用了纳米材料所具有的许多优异性能，对光缆的抗机械冲击性能、阻水、阻气性都有一定的改善，并可延长光缆的运用寿命。目前此类材料尚处于试用阶段。
　　
　　·全介质自承式光缆(ADSS)：全介质光缆对防止电磁影响及防雷电都有优良的特征，而且重量轻、外径小，架空运用非常方便，在电力通信网中已得到大量的运用。估计2000～2005年，每年电力部门对ADSS光缆需求约15000km。ADSS同时也是电信部门在对抗电磁干扰及雷暴日高的敷设环境中一种很好的光缆类型的选择。在今后一段时间内，如何在满足要求的前提下，尽量减小ADSS光缆的外径，减轻光缆的重量，提高其耐电压性能是ADSS光缆研究改良的课题。
　　
　　·架空地线光缆(OPGW)：OPGW已出现了很长一段时间，近年来一直在改良和提高之中。OPGW的光纤单元中采用PBT，于套管外面再加上一层不锈钢管，有的还在塑料套管与不锈钢管之间加上一层热塑胶，不锈钢管用激光焊接长度可达数十公里，光纤在这样的多层保卫管中得到了充分的机械保卫。估计从现在到2005年，OPGW光缆的需求将会逐年上升，每年添加约2500km，到2005年估计可达到20000km。当然对OPGW光纤的防雷疑问一直是业界十分关注的疑问，也应配合具体环境和运用条件加以考虑，使之得到充分保卫。
　　
　　2.2、光缆的自动维护、适时监测系统已逐渐完备，可保证大容量高速率的光缆不中断传输
　　
　　光缆的维护对于保证网络的可靠性是十分主要。在已开通的光网络中，光缆的维护和监测应该是在不中断通信的前提下执行的，一般通过监测空闲光纤(暗光纤)的方式来检测在用光纤的状态，更有效的方式是直接监测正在通信的光纤。虽然ITU-T长时间收集和讨论了国际上的最新资料，于1996年揭晓了L.25光缆网络维护的建议书，对光缆的预防性维护和故障后维护规定了细致的维护范围和功能，但已经不能满足当前的须要，目前最新的建议是2001年12月IUT-TSG16会议通过的“光缆网络的维护监测系统”(L.40建议)。为了进一步缩短检测及修正时间，美国朗讯公司曾提出了新一代光纤测试及监控系统，能在1s内发出故障告警，3min内找到故障点，且工作人员可以遥控操作，据称该系统还将开发有故障预测及对断纤(缆)的高速反应能力。日本、意大利等国电信企业也提出了一些系统方案。
　　
　　·日本NTT方案：在局内运用光纤选择器与系统的测试设备和传输设备相连形成了一种可对光纤状况执行实时监测的系统，保证有用信号在通过光纤选择器测试证明良好的光纤上传输，对有故障的光纤可以预选监测出来及时传送到维护中心执行适当处理，防止不良状况进入有用的光传输信道，从而起到在运行中对整个光通信系统的支撑作用;在局外通过水敏传感器装置可监测外部设备光缆线路接头盒浸水的位置，水敏传感器安装在空闲的光纤上，水敏传感器中装有吸水性膨胀物，当水渗人接头盒时，吸水性物质会膨胀使得接头盒中的光纤受力，也就是使得这一空闲光纤弯曲，从而使光纤的损耗添加，在监测中心的OTDR上就会反映出来。
　　
　　·意大利的方案：此方案是一种综合处理的新型连续光缆监测系统。主要特点是将光缆网络、光纤及光缆护套的监测综合在一起，既运用了OTDR系统周期性地对光纤的衰减执行监测，发觉有衰减变化即发出警报，并执行故障定位，同时也可以连续监测光缆护套的完整性，包括护套对地绝缘电阻的监测，发觉疑问(如护套进水等)即马上告警，达到更彻底地预告故障发生的目的。
　　
　　比较日本和意大利电信部门提出的光缆维护支撑系统的方案可见：日本方案在OTDR自动适时测试光纤的基础上，加入了光纤选择器，在外线上装设水敏传感器并执行护套监测，形成了一套较完整的自动维护、支撑系统，真实做到不中断光通信的维护。意大利的方案中除监测光纤性能以外，还考虑了护套绝缘电阻的自动监测。由此两例可以看出全自动的光缆维护应是一种发展方向。
 

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